Водородная связь важна во многих химических процессах. Водородная связь отвечает за уникальные способности воды к растворителям. Водородные связи удерживают вместе комплементарные нити ДНК и отвечают за определение трехмерной структуры свернутых белков, включая ферменты и антитела.
Пример: вода
Водородные связи проще всего объяснить с помощью воды. Молекула воды состоит из двух атомов водорода, ковалентно связанных с кислородом. Поскольку кислород более электроотрицателен, чем водород, кислород более близко притягивает к себе общие электроны. Это дает атому кислорода немного более отрицательный заряд, чем любой из атомов водорода. Этот дисбаланс называется диполем, из-за которого молекула воды имеет положительную и отрицательную стороны, почти как крошечный магнит. Молекулы воды выстраиваются таким образом, что водород одной молекулы сталкивается с кислородом другой молекулы. Это придает воде большую вязкость, а также позволяет воде растворять другие молекулы, которые имеют слегка положительный или отрицательный заряд.
Сворачивание белков
Структура белка частично определяется водородными связями. Водородные связи могут возникать между водородом на амине и электроотрицательным элементом, например кислородом на другом остатке. Когда белок складывается на место, серия водородных связей «скрепляет» молекулу вместе, удерживая ее в определенной трехмерной форме, которая придает белку его особую функцию.
ДНК
Водородные связи удерживают вместе комплементарные цепи ДНК. Нуклеотиды образуют пару точно на основе положения доступных доноров водородных связей (доступные, слегка положительные атомы водорода) и акцепторов водородных связей (электроотрицательные атомы кислорода). Нуклеотид тимин имеет один донорский и один акцепторный сайт, который идеально сочетается с дополнительным акцепторным и донорным сайтом нуклеотида аденина. Цитозин идеально сочетается с гуанином через три водородные связи.
Антитела
Антитела - это свернутые белковые структуры, которые точно нацелены на определенный антиген и соответствуют ему. Как только антитело продуцируется и приобретает свою трехмерную форму (чему способствует водородная связь), антитело будет соответствовать своему специфическому антигену, как ключ в замке. Антитело фиксируется на антигене посредством серии взаимодействий, включая водородные связи. Человеческое тело способно вырабатывать более десяти миллиардов различных типов антител в ответ на иммунную реакцию.
Хелатирование
Хотя отдельные водородные связи не очень прочны, серия водородных связей очень надежна. Когда одна молекула связывается через два или более участков с другой молекулой, образуется кольцевая структура, известная как хелат. Хелатирующие соединения полезны для удаления или мобилизации молекул и атомов, таких как металлы.